智能制造技術在SMT工藝流程中的應用研究▲

李雪 劉旭 熊方

摘 ?要：本文對SMT工藝流程中存在的技術問題進行簡要分析，了解智能制造技術的發展歷程，提出在現有MES制造企業生產過程執行系統基礎上建立SMT 產品智能制造系統的設計構想，并探討其實現需要解決的關鍵技術，該思路的提出是目前SMT制造工藝過程改進的重要手段和方向。

關鍵詞：SMT工藝;智能制造技術;物聯網

中圖分類號：TN405 ?文獻標識碼：A ????文章編號：2096-6903（2019）04-0000-00

0 引言

近年來，隨著全球工業與信息技術的深度融合，越來越多的制造行業將人工智能、物聯網、大數據、云計算等信息技術手段應用到生產過程中，促使制造業向數字化、網絡化、智能化、服務化轉型升級。美國工業互聯網、德國和日本先后分別提出了工業4.0和“機器人新戰略”，兩國智能制造的發展將進一步推進產業技術布局的提升。我國在深入學習各發達國家的先進技術后，隨著“中國制造2025”的提出，未來將走上智能制造強國之路，從而進一步推動整個國民經濟的發展。

隨著電子制造業的發展，為滿足現代電子產品微小型和大批量的要求，表面貼裝技術（Surface Mount Technology，SMT），在印制電路板組裝過程中作為一種主要生產手段，被越來越多的電子制造企業應用;為提升電子產品制造能力與產品質量等核心競爭力，應用智能制造技術建立SMT智能制造生產系統是唯一解決途徑。

1 SMT工藝簡介

因SMT生產工藝流程復雜，因此所需組成設備較多;根據生產工藝過程，生產線需要配備錫膏印刷機、錫膏檢測儀、元器件貼片機、回流焊機、AOI檢測機、X-Ray檢測機、返修工作站等。表面貼裝技術的主要工藝流程如下圖1所示：

2 SMT工藝流程中主要技術問題

SMT 制造工藝經過不斷發展，設備的自動化水平與計算機控制程度已經非常高，目前在生產過程中仍然存在一些問題，如生產線組成復雜，全自動設備、半自動設備、人工產線同時參與;生產物料存儲配送全靠人工完成且效率低下，生產過程中半成品與成品的質量問題大部分通過人員解決，過程質量數據靠人工管理等問題。存在問題主要表現在以下幾方面：

2.1 生產工序復雜，生產設備較多

整個生產系統構成不但包括SMT生產線，同時也需要有人工協助完成的插裝和部分質量檢測、漏焊補焊人工生產線參與;生產工藝流程中包含了自動上下物料等全自動流程，同時也要有人為參與的生產物料分揀配送、半成品和成品質量檢測等半自動的環節;元器件貼片工序應用全自動化高速運轉的高精度貼片機，但電路板后期清洗又需要通過人工參與選擇合適的清洗劑來完成電路板的清洗。整個系統構成過于復雜，需要人工干預的流程較多，很難實現全流程的計算機集成制造。

2.2 物料種類多，管理和配送管理存在問題

SMT 產品原材料種類繁多，目前當生產任務下達后，需要人工分析生產物料清單后，再進行物料分揀并配送到生產線，整個物料準備過程全靠人工完成，因而人員成本升高，管理難度加大，同時也容易出錯。物料準備占用空間大，庫存盤點困難且準確度低也是普遍存在問題。

2.3 生產的產品質量要求相對較高，過程質量數據管理困難

SMT 產品對組裝精度和焊點質量要求較高，在生產過程中需要實時調整并有效控制設備的技術參數。但目前的生產過程中，只有貼裝光學檢測對位等設備能夠自動完成調整，其他如錫膏印刷的壓力和速度、回流焊的溫度、印制板傳輸速度等主要技術參數，往往需要憑技術人員的經驗和技術能力完成設置與調整;對于生產過程產品（焊接）質量問題，不能實時自動檢測出故障源并修正設備的技術參數，需要人工分析找出故障原因，不能達到通過自主分析以往故障數據，找到處理方法自主解決問題。

目前大多企業SMT生產過程中很多工序需要人工參與，設備的技術參數需要人為設置，過程數據需要人為管理;受人員的職業素質、技術水平等個人原因影響，必然會導致生產的產品質量不穩定，對企業造成不利影響，因此將智能制造技術應用到SMT生產工藝過程中能從根本上解決這些不利問題。

3 智能制造技術發展

智能制造是涉及產品全生命周期中各個環節的制造活動，包括智能設計、智能加工、智能裝配三大關鍵環節。智能制造的實現可分三個層面，即制造對象或產品的智能化、制造過程的智能化、制造工具的智能化;知識庫/知識工程、動態傳感與自主決策是智能制造的三大核心。智能制造是面向產品全生命周期的具有信息感知、優化決策、執行控制功能，旨在高效、優質、清潔、安全的制造產品、服務用戶的一種制造模式。

智能制造技術的發展主要分為3個階段：（1）ERP階段即“無紙化工廠”階段;（2）MES階段即“自動化工廠”階段;（3）IMS階段即“智能化工廠”階段，也稱“無人化工廠”階段。

隨著SMT制造行業的不斷發展，很多企業已經應用MES（Manufacturing Execution System）制造企業生產過程執行系統，目前該系統是實現制造企業生產過程數據管理信息化的重要工具，它將企業產品的全壽命周期的生產過程，從生產計劃開始到生產調度、再到物料的庫存管理及設備工具工裝領用歸還管理、新增物料采購管理、成本管理、項目看板管理、生產過程控制、前臺數據分析、后臺數據管理等功能均應用該系統。此外企業應用該平臺，能夠實現各個環節數據全面協同管理;但是過程管理中技術參數的審核、數據下發仍然需要人工判定和執行，智能化水平還有待提升。

4 智能制造在SMT工藝流程中應用設計

智能制造實質是設備根據產品的類型自主進行參數設置與調整，實時檢測產品質量并對不合格品自行處理，優化生產流程;同時能夠自主解決突發性生產問題。

自觸發能力和學習能力是未來研究的重點內容。系統的自觸發能力是在生產過程中由設備自主發送指令，完成相關工作，不再需要人為參與;將智能制造技術應用于SMT工藝過程中，通過主機自主發送主命令，再由前端設備對后端設備發送控制命令，即可自動完成各個生產工序，實現真正的無人自動化生產。生產過程如下圖2：

通過SPI和AOI質量檢測后，把合格品送入后道工序，不合格品挑選出來自動處理;前期在MES系中保存大量基礎數據，對獲取的不合格信息，通過分析過往數據自行判斷后自主發出命令給相應設備，完成自觸發并處理，不再需要人工參與解決問題。

學習能力是當出現緊急情況時，系統查找錯誤數據庫中相同報錯信息，查找出處理辦法，并自行完成錯誤信息管理;如果錯誤是第一次出現，系統會自動上報技術人員，技術人員將問題解決后，系統自動對錯誤信息和解決方法自行記錄。系統通過不斷學習，實現錯誤數據庫的不斷增加，掌握更多的問題解決方法，減少人工參與從而達到智能生產目的。

5 實現SMT智能制造系統要解決的關鍵技術

前面對SMT智能制造工藝執行過程進行了簡要分析，為實現SMT智能制造生產系統的建設仍然有許多關鍵技術問題需要解決：

5.1 生產物料智能化存儲和配送技術

要應用射頻識別、網絡智能控制方法等先進技術手段，來建立智能物料倉儲與配送系統。首先根據物料種類、存儲要求等關鍵要素，實現系統自住將生產物料分類存放，智能調整存儲空間環境參數，實時動態顯示庫存數量。生產任務下達后，根據物料清單智能機械臂自動從庫房篩選并分揀出生產物料及相應輔料，然后通過智能物料運輸裝置，送到生產線完成自動配送SMT生產物料。

5.2產品質量智能檢測技術

需要改變傳統生產過程中，在線測試后人工檢測的質量檢測和統計分析質量管理方法，以前后端流程檢測控制質量的方法， 很難產生質量問題數據，更難控制質量問題，不能更好的滿足目前電子產品生產種類繁雜和批量小的生產要求。我們利用新的監測手段，利用基本智能控制技術的光學檢測或電磁檢測手段，對SMT整個生產過程的組裝質量進行實時智能檢測和質量控制、數據智能分析及生產技術參數實時控制。

5.3 基于物聯網的智能制造生產管理系統

由于傳統SMT產品制造管理過程存在很多缺陷，目前急需探討建設能夠實現企業各生產部門數據管理、車間管理、人員管理、物料供應管理等功能的智能制造生產管理系統，該系統的建立必將應用強大的物聯網技術、先進的射頻識別、無線網絡管理等先進技術才能達成。后期系統建成后能夠自主分析各個制造單元的產能負荷，自主完成生產調度，優化資源配置，進一步提高生產效率，提升服務質量。

6 結語

隨著SMT工藝流程的進步，系統集成、數字化管理、智能制造技術的發展，許多多技術問題需要深入研究;本文只對其中的部分技術問題進行分析和探討。但需要得到盡快解決的問題還有很多，如根據生產環境自適應調整生產設備技術參數的問題，很多主要設備還依賴進口，這些重要設備的國產化也是需要迫切解決的問題。同時，智能制造技術在SMT生產工藝流程的應用，也需要依據企業現有的制造條件進行科學規劃、分步實施、逐步開展深入研究。

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收稿日期：2019-07-16

基金項目：SMT工藝流程中智能制造技術應用研究（K19-YB1-028）

作者簡介：李雪（1985—），女，滿族，吉林四平人，碩士研究生，講師，現主要從事電子產品制造技術相關課程教育教學工作。

Application of intelligent manufacturing technology in SMT process

LI Xue，LIU Xu，XIONG Fang

（Sichuan Modern Vocational College， Chengdu ?Sichuan??610000）

Abstract：?This paper briefly analyzes the technical problems in SMT process， understands the development process of intelligent manufacturing technology， and proposes to build SMT based on the existing MES manufacturing enterprise production process execution system The design concept of product intelligent manufacturing system and the key technologies to be solved are discussed. The idea is an important means and direction of SMT manufacturing process improvement.

Keywords： SMT process; intelligent manufacturing technology; Internet of things